研究发现肺表面活性剂的分子特性，可以更好地治疗呼吸系统疾病

由明尼苏达大学双城分校的工程研究人员领导的一个团队分析了肺表面活性剂的基本性质和结构，这是一种自然存在的物质，有助于人类和动物的肺扩张和收缩，为科学家最终开发出更好的呼吸道疾病治疗方法提供了见解。

这篇论文发表在科学的进步《科学促进会》是美国科学促进会(American Association for Advancement of Science)出版的一份多学科科学期刊，由同行评议。

人类和动物的肺部都会自然产生一种表面活性剂，这种物质由脂质和蛋白质组成，覆盖在肺部，在我们吸气和呼气时降低表面张力，使呼吸更容易。

肺炎或COVID-19等呼吸道疾病可能会阻碍肺表面活性剂无法正常工作，导致呼吸并发症。类似的问题也发生在早产儿身上，他们有时还没有发育出产生这种物质的能力，患有新生儿呼吸窘迫综合征。目前，治疗方法包括给人类服用从动物肺中提取的替代表面活性剂，但研究人员多年来一直致力于制造合成表面活性剂来治疗这些疾病。

“肺表面活性剂的主要目的是最大限度地减少呼吸所需的能量，”该论文的第一作者、明尼苏达大学化学工程与材料科学系的博士生凯恩·瓦尔蒂雷兹-盖坦说。“作为科学家，我们想要确定表面活性剂的各种成分是如何在基本水平上相互作用的，这样我们就可以知道在潜在的合成表面活性剂中应该包括什么。”

虽然肺表面活性剂由许多不同的材料组成，明尼苏达大学的研究小组最初对它的作用很感兴趣胆固醇，是一种脂质自然发生在动物和人类细胞．

使用朗缪尔槽和高分辨率光学显微镜，研究人员拍摄了一些构成肺表面活性剂的脂质-二棕榈酰磷脂酰胆碱，十六醇或棕榈酸二氢胆固醇——在单层水平上，或在空气和水的界面上由一层分子组成的薄膜。通过测试单层在不同温度和压力下的表现，他们发现了两种先前未经证实的现象，这与材料科学的基本理论一致。

首先，研究人员发现表面活性剂的组织结构是平衡结构，这意味着如果分子的结晶部分随着压力的增加而改变形状并增长，如果压力消失，它们有能力恢复到原来的形状。这是一种相当罕见的情况，因为单分子层一旦被改变，通常就不会恢复到原来的结构。

显微镜图像还显示，当压力增加时，单分子层的结晶部分“手指”或拉长。这是由于一种化学不稳定性，当雪花形成时，同样的不稳定性会导致冰呈分形散开。了解这两种特性有助于研究人员更好地了解表面活性剂在肺部扩散的速度和减少的方式表面张力在肺部。

该论文的资深作者、明尼苏达大学化学工程与材料科学系教授乔·扎萨津斯基(Joe Zasadzinski)说:“我们可以使用基本的材料科学理论，比如不稳定性和平衡，来试图理解肺表面活性剂的实际工作原理。”“然后我们可以根据基础物理至于这些材料将如何组织，这将最终帮助我们制定下一代的临床表面活性剂材料。”